Безопасность лазерных технологий: протоколы и защита от повреждений.

Введение

Протоколы безопасного использования, проектирования и внедрения лазерных технологий

Безопасность лазерного излучения – это безопасное проектирование, использование и внедрение лазеров для минимизации риска лазерных несчастных случаев, особенно тех, которые связаны с травмами глаз. Поскольку даже относительно небольшое количество лазерного света может привести к необратимым повреждениям глаз, продажа и использование лазеров обычно регулируются государственными нормами. Лазеры средней и высокой мощности потенциально опасны, так как могут вызывать ожоги сетчатки или даже кожи. Для контроля риска травм используются различные стандарты и нормативы, например, 21 Кодекс федеральных правил (CFR) часть 1040 в США и IEC 60825.

Инфракрасные лазеры особенно опасны, поскольку естественная защитная реакция от яркого света, также известная как "моргательный рефлекс", активируется только видимым светом. Например, люди, подвергающиеся воздействию мощных Nd:YAG-лазеров, излучающих невидимое излучение с длиной волны 1064 нм, могут не испытывать боли или не замечать немедленного ухудшения зрения. Единственным признаком повреждения сетчатки может быть хлопок или щелчок в глазу, указывающий на то, что сетчатка была нагрета до температуры выше 100 °C (212 °F), что привело к локальному взрывному кипению и образованию постоянного слепого пятна.

Механизмы ущерба

Лазеры могут вызывать повреждения биологических тканей, как глаза, так и кожи, вследствие нескольких механизмов. Глаз фокусирует видимый и ближний инфракрасный свет на сетчатке. Лазерный луч может быть сфокусирован на сетчатке с интенсивностью, которая может быть в 200 000 раз выше, чем в точке входа лазерного луча в глаз. Большая часть света поглощается пигментами меланина в пигментном эпителии, расположенном непосредственно за фоторецепторами. Воздействие лазерного света в таких условиях может показаться незначительным, учитывая кратковременность экспозиции, большие расстояния и расхождение луча до нескольких метров. Однако лазерное воздействие может создавать опасные ситуации, такие как вспышечная слепота. Если это происходит в критический момент управления воздушным судном, это может поставить под угрозу безопасность полета. Кроме того, от 18% до 35% населения обладают аутосомно-доминантным генетическим признаком – фототическим чиханием, который вызывает у подверженного ему человека непроизвольный приступ чихания при воздействии внезапной вспышки света.

Максимально допустимое воздействие

Максимально допустимое воздействие (МПВ) – это наивысшая мощность или плотность энергии (в Вт/см² или Дж/см²) источника света, который считается безопасным, то есть имеющим пренебрежимо малую вероятность нанесения повреждений. Обычно это около 10% дозы, которая имеет 50% вероятность нанесения повреждений в наихудших условиях. МПВ измеряется на роговице человеческого глаза или на коже для заданной длины волны и времени воздействия. Расчет МПВ для воздействия на глаза учитывает различные способы взаимодействия света с глазом. Например, глубокий ультрафиолетовый свет вызывает кумулятивные повреждения даже при очень низкой мощности. Инфракрасный свет с длиной волны более 1400 нм поглощается прозрачными частями глаза до достижения сетчатки, что означает, что МПВ для этих длин волн выше, чем для видимого света. Помимо длины волны и времени воздействия, МПВ учитывает пространственное распределение света (от лазера или иного источника). Коллимированные лазерные лучи видимого и ближнего инфракрасного света особенно опасны при относительно низкой мощности, поскольку линза фокусирует свет в очень маленькое пятно на сетчатке. Источники света с меньшей степенью пространственной когерентности, чем хорошо коллимированный лазерный луч, такие как мощные светодиоды, приводят к распределению света по большей площади сетчатки. Для таких источников МПВ выше, чем для коллимированных лазерных лучей. При расчете МПВ предполагается наихудший сценарий, при котором линза глаза фокусирует свет в минимально возможное пятно на сетчатке для данной длины волны, а зрачок полностью открыт. Хотя МПВ указывается как мощность или энергия на единицу площади, он основан на мощности или энергии, которая может пройти через полностью открытый зрачок (0,39 см²) для видимого и ближнего инфракрасного диапазона. Это применимо к лазерным лучам с поперечным сечением менее 0,39 см². Методы расчета МПВ включены в стандарты IEC 60825-1 и ANSI Z136.1.

Регламенты

В различных юрисдикциях органы по стандартизации, законодательство и правительственные нормы определяют классы лазеров в соответствии с сопряженными с ними рисками и устанавливают необходимые меры безопасности для лиц, которые могут подвергаться воздействию этих лазеров. В Европейском сообществе (ЕС) требования к защите глаз указаны в европейском стандарте EN 207, а максимальные интенсивности лазерного излучения – в EN 60825. Кроме того, европейский стандарт EN 208 определяет требования к защитным очкам, используемым при юстировке луча. Эти очки пропускают часть лазерного света, позволяя оператору видеть положение луча, но не обеспечивают полной защиты от прямого попадания лазерного луча. В США рекомендации по использованию защитных очков и другим аспектам безопасной эксплуатации лазеров содержатся в серии стандартов ANSI Z136. Эти стандарты, разработанные на основе консенсуса, предназначены для пользователей лазеров, а полные копии можно приобрести непосредственно в ANSI или в официальном секретариате Комитета по аккредитованным стандартам (ASC) Z136 и издателя этой серии стандартов ANSI – Американском институте лазера. Стандарты следующие:

ANSI Z136.1 – Безопасное использование лазеров
Являясь основным документом серии стандартов безопасности лазеров Z136, Z136.1 служит основой для программ безопасности лазеров в промышленности, вооруженных силах, научно-исследовательских лабораториях и высших учебных заведениях. ANSI Z136.2 – Безопасное использование систем оптической связи с применением лазерных диодов и светодиодных источников
Этот стандарт содержит рекомендации по безопасному использованию, техническому обслуживанию, ремонту и установке систем оптической связи, использующих лазерные диоды или светоизлучающие диоды, работающие на длинах волн от 0,6 мкм до 1 мм. Системы оптической связи включают в себя оптические линии связи от конца к концу, стационарные наземные линии связи типа «точка-точка» в открытом пространстве или их комбинацию. ANSI Z136.3 – Безопасное использование лазеров в здравоохранении
Предоставляет рекомендации для специалистов, работающих с лазерами высокой мощности классов 3B и 4, а также с лазерными системами в сфере здравоохранения. ANSI Z136.4 – Рекомендации по практике измерений безопасности лазеров для оценки опасности
Содержит рекомендации по процедурам измерений, необходимым для классификации и оценки опасностей оптического излучения. ANSI Z136.5 – Безопасное использование лазеров в образовательных учреждениях
Рассматривает вопросы безопасности при использовании лазеров в образовательных учреждениях. ANSI Z136.6 – Безопасное использование лазеров на открытом воздухе
Предоставляет рекомендации по безопасному использованию лазеров в открытой среде, например, в строительстве, при проведении лазерных шоу, научных и астрономических исследованиях, а также в военных целях. ANSI Z136.7 – Испытания и маркировка средств защиты глаз от лазерного излучения
Предоставляет разумные и адекватные рекомендации по методам и протоколам испытаний, используемым для обеспечения защиты глаз от лазеров и лазерных систем. ANSI Z136.8 – Безопасное использование лазеров в научно-исследовательских, опытно-конструкторских и испытательных работах
Предоставляет рекомендации по безопасному использованию лазеров и лазерных систем, применяемых в научно-исследовательских, опытно-конструкторских и испытательных средах, где средства защиты, обычно используемые в коммерческих лазерах, могут отсутствовать или быть отключены. ANSI Z136.9 – Безопасное использование лазеров в производственной среде
Этот стандарт предназначен для защиты лиц, которые могут подвергаться воздействию лазеров при их использовании в производственной среде, и включает в себя политики и процедуры, обеспечивающие безопасность лазеров как в государственном, так и в частном секторе промышленности, а также разработку и испытание продукции. В соответствии с 21 CFR 1040 Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) регулирует лазерные изделия, поступающие в продажу, и требует, чтобы все лазеры классов IIIb и IV, предлагаемые в США, имели пять стандартных функций безопасности: ключевой выключатель, предохранительный разъем, индикатор питания, диафрагменную шторку и задержку включения (обычно от двух до трех секунд). Лазеры OEM, предназначенные для использования в качестве компонентов других устройств (например, DVD-приводов), освобождены от этого требования. Некоторые стационарные лазеры могут не иметь предохранительного разъема или задержки включения, но оснащены кнопкой аварийной остановки и/или дистанционным выключателем.

ANSI Z136.1 – Safe Use of Lasers
As the parent document of the Z136 series of laser safety standards, the Z136.1 is the foundation of laser safety programs for industry, military, research and development (labs), and higher education (universities). ANSI Z136.2 – Safe Use of Optical Fiber Communication Systems Utilizing Laser Diode and LED Sources
This standard provides guidance for the safe use, maintenance, service, and installation of optical communications systems utilizing laser diodes or light emitting diodes operating at wavelengths between 0.6 μm and 1 mm. Optical communication systems include end to end optical fiber based links, fixed terrestrial point to point free space links, or a combination of both. ANSI Z136.3 – Safe Use of Lasers in Health Care
Provides guidance for individuals who work with high power Class 3B and Class 4 lasers and laser systems in health care. ANSI Z136.4 – Recommended Practice for Laser Safety Measurements for Hazard Evaluation
Provides guidance for measurement procedures necessary for the classification and evaluation of optical radiation hazards. ANSI Z136.5 – Safe Use of Lasers in Educational Institutions
Addresses laser safety concerns in educational settings. ANSI Z136.6 – Safe Use of Lasers Outdoors
Provides guidance for the safe use of lasers in an outdoor environment, e. g., construction, displays/laser lightshows, scientific/astronomical research, and military. ANSI Z136.7 – Testing and Labeling of Laser Protective Equipment
Provides reasonable and adequate guidance on the test methods and protocols used to provide eye protection from lasers and laser systems. ANSI Z136.8 – Safe Use of Lasers in Research, Development, or Testing
Provides guidance for the safe use of lasers and laser systems found in research, development, or testing environments, where safety controls common for commercial lasers may either be missing or disabled. ANSI Z136.9 – Safe Use of Lasers in Manufacturing Environments
Intended to protect individuals with the potential for laser exposure when lasers are used in manufacturing environments, this standard includes policies and procedures to ensure laser safety in both public and private industries as well as product development along with testing. Through 21 CFR 1040, the US Food and Drug Administration (FDA) regulates laser products entering commerce and requires all class IIIb and class IV lasers offered in commerce in the US to have five standard safety features: a key switch, a safety interlock dongle, a power indicator, an aperture shutter, and an emission delay (normally two to three seconds). OEM lasers, designed to be parts of other components (such as DVD burners), are exempt from this requirement. Some non portable lasers may not have a safety dongle or an emission delay, but have an emergency stop button and/or a remote switch.

Классификация

С начала 1970-х годов лазеры классифицируются по длине волны и мощности на четыре класса и несколько подклассов. Эти классификации определяют лазеры в соответствии с их способностью причинять вред людям, подвергающимся воздействию, от класса 1 (нет опасности при нормальном использовании) до класса 4 (серьезная опасность для глаз и кожи). Существует две системы классификации: "старая система", использовавшаяся до 2002 года, и "пересмотренная система", внедряемая поэтапно с 2002 года. Последняя отражает углубленные знания о лазерах, накопленные после разработки первоначальной системы классификации, и позволяет признавать некоторые типы лазеров менее опасными, чем это подразумевалось их отнесением к первоначальной системе. Пересмотренная система является частью обновленного стандарта IEC 60825. С 2007 года пересмотренная система также включена в американский стандарт безопасности лазерных установок ANSI (ANSI Z136.1). С 2007 года FDA принимает маркировку, соответствующую пересмотренной системе, на лазерных изделиях, импортируемых в США. Старую и пересмотренную системы можно различить по классам 1M, 2M и 3R, используемым только в пересмотренной системе, и классам 2A и 3A, используемым только в старой системе. В США, в рамках старой системы, номера классов обозначались римскими цифрами (I–IV), а в ЕС – арабскими цифрами (1–4). Пересмотренная система использует арабские цифры (1–4) во всех юрисдикциях. Классификация лазера основана на понятии предельно допустимых значений излучения (AEL), которые определены для каждого класса лазера. Обычно это максимальная мощность (в Вт) или энергия (в Дж), которые могут быть излучены в заданном диапазоне длин волн и времени воздействия, проходя через определенное отверстие диафрагмы на заданном расстоянии. Для инфракрасных длин волн свыше 4 мкм это указывается как максимальная плотность мощности (в Вт/м²). Производитель несет ответственность за предоставление правильной классификации лазера, а также за оснащение лазера соответствующими предупреждающими этикетками и мерами безопасности, предписанными нормативными документами. Меры безопасности, используемые с более мощными лазерами, включают работу с ключевым управлением, предупреждающие индикаторы излучения лазерного света, световой стоп или аттенюатор, а также электрический контакт, который пользователь может подключить к аварийной остановке или блокировке.

Lasers have been classified by wavelength and power into four classes and a few subclasses since the early 1970s. The classifications categorize lasers according to their ability to produce damage in exposed people, from class 1 (no hazard during normal use) to class 4 (severe hazard for eyes and skin). There are two classification systems, the "old system" used before 2002, and the "revised system" being phased in since 2002. The latter reflects the greater knowledge of lasers that has been accumulated since the original classification system was devised, and permits certain types of lasers to be recognized as having a lower hazard than was implied by their placement in the original classification system. The revised system is part of the revised IEC 60825 standard. From 2007, the revised system is also incorporated into the US oriented ANSI Laser Safety Standard (ANSI Z136.1). Since 2007, labeling according to the revised system is accepted by the FDA on laser products imported into the US. The old and revised systems can be distinguished by the 1M, 2M and 3R classes used only in the revised system and the 2A and 3A classes used only in the old system. Class numbers were designated using Roman numerals (I–IV) in the US under the old system and Arabic numerals (1–4) in the EU. The revised system uses Arabic numerals (1–4) in all jurisdictions. The classification of a laser is based on the concept of accessible emission limits (AEL) that are defined for each laser class. This is usually a maximum power (in W) or energy (in J) that can be emitted in a specified wavelength range and exposure time that passes through a specified aperture stop at a specified distance. For infrared wavelengths above 4 μm, it is specified as a maximum power density (in W/m2). It is the responsibility of the manufacturer to provide the correct classification of a laser, and to equip the laser with appropriate warning labels and safety measures as prescribed by the regulations. Safety measures used with the more powerful lasers include key controlled operation, warning lights to indicate laser light emission, a beam stop or attenuator, and an electrical contact that the user can connect to an emergency stop or interlock.

IEC 60825-1

Ниже приведены основные характеристики и требования к системе классификации, установленные стандартом IEC 60825-1, а также примеры типичных предупреждающих надписей. Кроме того, устройства классов 2 и выше должны иметь треугольную предупреждающую надпись, представленную здесь, а в определенных случаях требуются дополнительные надписи, указывающие на излучение лазера, лазерные апертуры, опасность для кожи и невидимый диапазон длин волн. Информацию о классах I–IV см. в разделе "Устаревшая система" ниже.

Класс 1

Лазер класса 1 безопасен при любых условиях нормального использования. Это означает, что максимально допустимая экспозиция (МДЭ) не может быть превышена при наблюдении лазерного луча невооруженным глазом или с помощью обычной увеличительной оптики (например, телескопа или микроскопа). Для подтверждения соответствия стандартом определены апертура и расстояние, соответствующие невооруженному глазу, типичному телескопу, наблюдающему коллимированный луч, и типичному микроскопу, наблюдающему расходящийся луч. Важно понимать, что некоторые лазеры, классифицированные как класс 1, все же могут представлять опасность при наблюдении в телескоп или микроскоп с достаточно большой апертурой. Например, лазер высокой мощности с очень большим коллимированным лучом или сильно расходящимся лучом может быть классифицирован как класс 1, если мощность, проходящая через апертуры, определенные в стандарте, меньше, чем AEL для класса 1; однако небезопасный уровень мощности может быть собран увеличительной оптикой с большей апертурой. Часто устройства, такие как оптические приводы, классифицируются как класс 1, если они полностью содержат луч более мощного лазера более высокого класса, так что свет не выходит наружу при нормальном использовании.

Класс 1М

Лазер класса 1М безопасен при всех условиях эксплуатации, за исключением случаев, когда луч проходит через увеличительную оптику, такую как микроскопы и телескопы. Лазеры класса 1М генерируют лучи большого диаметра или расходящиеся лучи. Максимально допустимая энергия воздействия (МДО) для лазера класса 1М обычно не может быть превышена, если не используются фокусирующие или формирующие оптические элементы для сужения луча. При перефокусировке луча опасность, исходящая от лазера класса 1М, может возрасти, и класс лазера может быть изменен. Лазер может быть классифицирован как класс 1М, если мощность, проходящая через зрачок невооруженного глаза, меньше допустимого уровня воздействия (AEL) для класса 1, но мощность, которую может сфокусировать в глаз типичная увеличительная оптика (в соответствии со стандартом), превышает AEL для класса 1, но не превышает AEL для класса 3B.

Класс 2

Лазер класса 2 считается безопасным, поскольку моргательный рефлекс (реакция отвращения к яркому свету) ограничивает время воздействия до 0,25 секунды. Это относится только к лазерам видимого спектра (400–700 нм). Мощность лазеров класса 2 ограничена 1 мВт в непрерывном режиме, или больше, если время излучения составляет менее 0,25 секунды или если свет не является пространственно когерентным. Намеренное подавление моргательного рефлекса может привести к повреждению глаз. Некоторые лазерные указки и измерительные приборы относятся к классу 2.

Класс 2М

Лазер класса 2М безопасен благодаря моргательному рефлексу, если на него не смотреть через оптические приборы. Как и для класса 1М, это применимо к лазерным лучам с большим диаметром или большой расходимостью, для которых количество света, попадающего в зрачок, не превышает допустимые значения для класса 2.

Класс 3R

Лазер класса 3R считается безопасным при осторожном обращении и ограничении наблюдения за лучом. Для лазера класса 3R максимально допустимая энергия воздействия (МДЭ) может быть превышена, но риск получения травмы низок. Видимые непрерывные лазеры класса 3R ограничены мощностью 5 мВт. Для других длин волн и импульсных лазеров действуют другие ограничения.

Класс 3B

Лазер класса 3B опасен при прямом попадании луча в глаз, но рассеянные отражения, например, от бумаги или других матовых поверхностей, не представляют опасности. AEL для непрерывных лазеров в диапазоне длин волн от 315 нм до дальней инфракрасной области составляет 0,5 Вт. Для импульсных лазеров в диапазоне от 400 до 700 нм предел составляет 30 мДж. Для других длин волн и ультракоротких импульсных лазеров применяются другие пределы. Обычно требуется использование защитных очков там, где возможно прямое наблюдение луча лазера класса 3B. Лазеры класса 3B должны быть оснащены ключевым выключателем и системой блокировки безопасности. Лазеры класса 3B используются внутри CD и DVD-приводов, однако сам привод относится к классу 1, поскольку лазерный луч не может выйти за его пределы.

Класс 4

Класс 4 – это самый высокий и опасный класс лазеров, включающий все лазеры, превышающие допустимый уровень мощности (AEL) класса 3B. По определению, лазер класса 4 может вызывать ожоги кожи или приводить к серьезным и необратимым повреждениям глаз при прямом, рассеянном или косвенном попадании луча. Такие лазеры могут воспламенять горючие материалы и, следовательно, представляют пожароопасность. Эти риски распространяются также на отраженные лучи, в том числе диффузные, даже от кажущихся матовыми поверхностей, поэтому необходимо проявлять особую осторожность при контроле траектории луча. Лазеры класса 4 должны быть оснащены ключевым выключателем и системой блокировки безопасности. Большинство промышленных, научных, военных и медицинских лазеров относятся к данному классу. Медицинские лазеры могут иметь расходящийся пучок излучения и требуют учета номинального расстояния опасности для глаз (NOHD) и номинальной опасной зоны для глаз (NOHA).

Старый режим

Классы безопасности в "старой системе" классификации были установлены в Соединенных Штатах на основе согласованных стандартов (ANSI Z136.1) и федеральных и государственных нормативных актов. Международная классификация, описанная в согласованных стандартах, таких как IEC 825 (впоследствии IEC 60825), основывалась на тех же принципах, но имела обозначения, несколько отличающиеся от американской классификации. Эта система классификации незначительно изменилась с момента ее первоначальной разработки в начале 1970-х годов. Она по-прежнему используется в нормативных документах США, касающихся безопасности лазерной продукции. Указанные мощности лазера являются типичными значениями. Классификация также зависит от длины волны и от того, является ли лазер импульсным или непрерывным. Подробности о лазерных классах 1–4 см. в разделе о пересмотренной системе, приведенном выше.

Класс I

Присущая безопасность; невозможность повреждения глаз. Это может быть обусловлено либо низкой выходной мощностью (в этом случае повреждение глаз невозможно даже после многочасового воздействия), либо наличием корпуса, предотвращающего доступ пользователя к лазерному лучу при нормальной эксплуатации, как, например, в CD-плеерах или лазерных принтерах.

Класс II

Рефлекс моргания человеческого глаза (реакция отведения взгляда) предотвращает повреждение глаз, если человек намеренно не смотрит прямо в луч в течение длительного времени. Выходная мощность может достигать 1 мВт. Этот класс включает в себя только лазеры, излучающие видимый свет. Некоторые лазерные указки относятся к этой категории.

Класс IIa

Область в пределах низкого уровня мощности класса II, где для вызова ожога сетчатки требуется более 1000 секунд непрерывного воздействия лазера. Коммерческие лазерные сканеры относятся к этому подклассу.

Класс IIIa

Лазеры этого класса наиболее опасны при использовании с оптическими приборами, изменяющими диаметр луча или плотность мощности, однако даже без усиления оптическими приборами прямой контакт с глазом в течение более двух минут может вызвать серьезное повреждение сетчатки. Выходная мощность не превышает 5 мВт. Плотность мощности луча не должна превышать 2,5 мВт/см², если устройство не имеет предупреждающей надписи "осторожно", в противном случае требуется предупреждающая надпись "опасно". Многие лазерные прицелы для огнестрельного оружия и лазерные указки, часто используемые для презентаций, относятся к этой категории.

Класс IIIb

Лазеры этого класса могут повредить зрение при попадании луча непосредственно в глаз. Это обычно относится к лазерам мощностью от 5 до 500 мВт. Лазеры этой категории могут вызвать необратимые повреждения глаз при воздействии в 1/100 секунды и более, в зависимости от мощности лазера. Рассеянное отражение, как правило, не представляет опасности, но зеркальное отражение может быть столь же опасным, как и прямое воздействие. Рекомендуется использовать защитные очки при возможности прямого наблюдения луча лазера класса IIIb. Лазеры с максимальной мощностью в этом классе также могут представлять пожароопасность и вызывать легкие ожоги кожи.

Класс IV

Лазеры этого класса имеют выходную мощность более 500 мВт в луче и могут вызывать серьезные, необратимые повреждения глаз или кожи, даже без фокусировки оптикой глаза или измерительными приборами. Рассеянные отражения лазерного луча могут быть опасны для кожи или глаз в пределах номинальной зоны опасности. (Номинальная зона опасности – это область вокруг лазера, в которой превышается применимый предел воздействия.) Многие промышленные, научные, военные и медицинские лазеры относятся к этой категории.

Защитные очки

Использование средств защиты глаз при работе с лазерами классов 3B и 4, если это может привести к воздействию на глаза, превышающему МПЭ, требуется на рабочем месте Управлением по охране труда и технике безопасности США. Защитные очки в виде оптики с соответствующим фильтром могут защитить глаза от отраженного или рассеянного лазерного света опасной мощности, а также от прямого воздействия лазерного луча. Очки должны быть подобраны для конкретного типа лазера, чтобы блокировать или ослаблять излучение в соответствующем диапазоне длин волн. Например, очки, поглощающие 532 нм, обычно имеют оранжевый цвет (хотя при выборе лазерной защиты глаз нельзя полагаться исключительно на цвет линзы), пропуская длины волн более 550 нм. Такие очки будут бесполезны для защиты от лазера, излучающего на 800 нм. Кроме того, некоторые лазеры излучают несколько длин волн, что особенно актуально для недорогих лазеров с удвоенной частотой, таких как 532-нм "зеленые лазерные указки", которые обычно накачиваются 808-нм инфракрасными лазерными диодами и также генерируют основную 1064-нм лазерную линию, используемую для получения конечного 532-нм излучения. Если инфракрасное излучение попадает в луч, что случается в некоторых зеленых лазерных указках, оно, как правило, не блокируется обычными красными или оранжевыми защитными очками, предназначенными для чисто зеленого или уже отфильтрованного ИК-излучения. Для работы с лазерами на YAG с удвоенной частотой и другими ИК-лазерами, имеющими видимый луч, доступны специальные очки для YAG-лазеров и для работы с двумя частотами, но они дороже, и в продукции с ИК-накачкой для зеленых лазеров не всегда указывается, требуется ли такая дополнительная защита. Очки характеризуются оптической плотностью (OD), которая представляет собой десятичный логарифм коэффициента ослабления, на который оптический фильтр уменьшает мощность луча. Например, очки с OD 3 уменьшают мощность луча в указанном диапазоне длин волн в 1000 раз. Помимо оптической плотности, достаточной для снижения мощности луча ниже максимально допустимого уровня воздействия (см. выше), лазерные очки, используемые при возможности прямого воздействия луча, должны выдерживать прямое попадание лазерного луча без разрушения. Защитные характеристики (длины волн и оптические плотности) обычно указываются на очках, как правило, в верхней части. В Европейском сообществе производители обязаны, в соответствии с европейским стандартом EN 207, указывать максимальную мощность, а не оптическую плотность. Всегда надевайте защитные очки.

The use of eye protection when operating lasers of classes 3B and 4 in a manner that may result in eye exposure above the MPE is required in the workplace by the US Occupational Safety and Health Administration. Protective eyewear in the form of appropriately filtering optics can protect the eyes from the reflected or scattered laser light with a hazardous beam power, as well as from direct exposure to a laser beam. Eyewear must be selected for the specific type of laser, to block or attenuate in the appropriate wavelength range. For example, eyewear absorbing 532 nm typically has an orange appearance (although one should never rely solely on the lens color when selecting laser eye protection), transmitting wavelengths larger than 550 nm. Such eyewear would be useless as protection against a laser emitting at 800 nm. Furthermore, some lasers emit more than one wavelength of light, and this may be a particular problem with some less expensive frequency doubled lasers, such as 532 nm "green laser pointers" which are commonly pumped by 808 nm infrared laser diodes, and also generate the fundamental 1064 nm laser beam which is used to produce the final 532 nm output. If the IR radiation is allowed into the beam, which happens in some green laser pointers, it will in general not be blocked by regular red or orange colored protective eyewear designed for pure green or already IR filtered beam. Special YAG laser and dual frequency eyewear are available for work with frequency doubled YAG and other IR lasers which have a visible beam, but it is more expensive, and IR pumped green laser products do not always specify whether such extra protection is needed. Eyewear is rated for optical density (OD), which is the base 10 logarithm of the attenuation factor by which the optical filter reduces beam power. For example, eyewear with OD 3 will reduce the beam power in the specified wavelength range by a factor of 1000. In addition to an optical density sufficient to reduce beam power to below the maximum permissible exposure (see above), laser eyewear used where direct beam exposure is possible should be able to withstand a direct hit from the laser beam without breaking. The protective specifications (wavelengths and optical densities) are usually printed on the goggles, generally near the top of the unit. In the European Community, manufacturers are required by European standard EN 207 to specify the maximum power rating rather than the optical density. Always wear safety goggles.

Замкнутость и автоматическое отключение

Интерблоки – это схемы, которые прекращают работу лазерного луча при невыполнении определенных условий, например, при открытии корпуса лазера или двери помещения. Лазеры классов 3B и 4 обычно имеют разъём для подключения внешней схемы интерблокировки. Многие лазеры классифицируются как класс 1 только потому, что излучение ограничено защитным корпусом с интерблокировкой, как в DVD-приводах или портативных CD-плеерах. Некоторые системы оснащены электроникой, которая автоматически отключает лазер при других обстоятельствах. Например, в некоторых системах волоконно-оптической связи предусмотрены схемы, автоматически прекращающие передачу сигнала при отключении или повреждении волокна.

Офицер по безопасности лазера

Во многих юрисдикциях организации, эксплуатирующие лазеры, обязаны назначать ответственного за лазерную безопасность (LSO). Ответственный за лазерную безопасность обеспечивает соблюдение правил техники безопасности всеми остальными сотрудниками организации.

Лазерные указатели

В период с 1999 по 2016 год все больше внимания уделялось рискам, связанным с так называемыми лазерными указками и лазерными ручками. Как правило, продажа лазерных указок ограничена либо классом 3A (<5 мВт), либо классом 2 (<1 мВт), в зависимости от местных нормативных требований. Например, в США, Канаде и Великобритании максимально допустимым является класс 3A, если только не предусмотрены блокировки от случайного включения или другие средства защиты. В Австралии максимально допустимым классом является класс 2. Однако, поскольку контроль за соблюдением правил часто бывает недостаточно строгим, лазерные указки класса 2 и выше часто доступны для продажи даже в странах, где они запрещены. Ван Норрен и др. (1998) не обнаружили ни одного примера в медицинской литературе лазера класса III мощностью менее 1 мВт, вызывающего повреждение зрения. Майнстер и др. (2003) приводят один случай: 11-летний ребенок временно повредил зрение, держа красный лазерный указатель мощностью около 5 мВт близко к глазу и глядя в луч в течение 10 секунд; у нее возникла скотома (слепое пятно), но зрение полностью восстановилось через три месяца. Латтрулл и Холлизи (1999) описывают аналогичный случай: 34-летний мужчина смотрел в луч красного лазера класса IIIa мощностью 5 мВт в течение 30–60 секунд, что привело к временной центральной скотоме и дефектам поля зрения. Его зрение полностью восстановилось в течение двух дней к моменту осмотра глаз. Внутривенная флуоресцеиновая ангиография глазного дна – метод, используемый офтальмологами для детальной визуализации сетчатки глаза, – выявила незначительное изменение цвета фовеи. Таким образом, кратковременное воздействие лазера мощностью менее 5 мВт, как в красных лазерных указках, по-видимому, не представляет угрозы для здоровья глаз. С другой стороны, существует риск травмы, если человек намеренно смотрит в луч лазера класса IIIa в течение нескольких секунд или более с близкого расстояния. Даже если травма произойдет, у большинства людей зрение полностью восстановится. Другие неприятные ощущения могут быть скорее психологическими, чем физическими. Что касается зеленых лазерных указок, то безопасное время воздействия может быть меньше, а при использовании лазеров большей мощности следует ожидать мгновенного необратимого повреждения. Эти выводы необходимо дополнить недавними теоретическими наблюдениями о том, что некоторые лекарственные препараты, отпускаемые по рецепту, могут взаимодействовать с определенными длинами волн лазерного света, вызывая повышенную чувствительность (фототоксичность). Помимо физического повреждения глаза лазерной указкой, возможны и другие нежелательные эффекты. К ним относятся кратковременная вспышечная слепота, если луч попадает в темном окружении, например, при ночной езде. Это может привести к кратковременной потере управления транспортным средством. Направление лазеров на воздушные суда представляет опасность для авиации. Полицейский, увидев красную точку на своей груди, может предположить, что в него целится снайпер, и предпринять агрессивные действия. Кроме того, сообщалось, что испуг, вызванный неожиданным воздействием лазерного света, приводил к самоповреждениям или потере контроля. По этим и другим причинам Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) рекомендует, чтобы лазерные указки не считались игрушками и не использовались несовершеннолетними без непосредственного присмотра взрослых.

In the period from 1999 to 2016, increasing attention has been paid to the risks posed by so called laser pointers and laser pens. Typically, the sale of laser pointers is restricted to either class 3A (<5 mW) or class 2 (<1 mW), depending on local regulations. For example, in the US, Canada and the UK, class 3A is the maximum permitted, unless a key actuated control or other safety features are provided. In Australia, class 2 is the maximum allowed class. However, because enforcement is often not very strict, laser pointers of class 2 and above are often available for sale even in countries where they are not allowed. Van Norren et al. (1998) could not find a single example in the medical literature of a <1 mW class III laser causing eyesight damage. Mainster et al. (2003) provide one case, an 11 year old child who temporarily damaged her eyesight by holding an approximately 5 mW red laser pointer close to the eye and staring into the beam for 10 seconds; she experienced scotoma (a blind spot) but fully recovered after three months. Luttrull & Hallisey (1999) describe a similar case, a 34 year old male who stared into the beam of a class IIIa 5 mW red laser for 30 to 60 seconds, causing temporary central scotoma and visual field loss. His eyesight fully recovered within two days, at the time of his eye exam. An intravenous fundus fluorescein angiogram, a technique used by ophthalmologists to visualise the retina of the eye in fine detail, identified subtle discoloration of the fovea. Thus, it appears that a brief 0.25 second exposure to a <5 mW laser such as found in red laser pointers does not pose a threat to eye health. On the other hand, there is a potential for injury if a person deliberately stares into a beam of a class IIIa laser a for few seconds or more at close range. Even if injury occurs, most people will fully recover their vision. Further experienced discomforts than these may be psychological rather than physical. With regard to green laser pointers the safe exposure time may be less, and with even higher powered lasers instant permanent damage should be expected. These conclusions must be qualified with recent theoretical observations that certain prescription medications may interact with some wavelengths of laser light, causing increased sensitivity (phototoxicity). Beyond the question of physical injury to the eye from a laser pointer, several other undesirable effects are possible. These include short lived flash blindness if the beam is encountered in darkened surroundings, as when driving at night. This may result in momentary loss of vehicular control. Lasers pointed at aircraft are a hazard to aviation. A police officer seeing a red dot on his chest may conclude that a sniper is targeting him and take aggressive action. In addition, the startle reflex exhibited by some exposed unexpectedly to laser light of this sort has been reported to have resulted in cases of self injury or loss of control. For these and similar reasons, the US Food and Drug Administration has advised that laser pointers are not toys and should not be used by minors except under the direct supervision of an adult.

Оптические волокна для связи

Безопасность волоконно-оптических лазеров характеризуется тем, что при нормальной эксплуатации световой луч недоступен, поэтому для его появления необходимо что-то отключить или повредить. Выходящий луч достаточно расходится, поэтому безопасность глаз сильно зависит от расстояния и использования увеличительных устройств. На практике, случайное воздействие на подавляющее большинство установленных систем вряд ли окажет какое-либо влияние на здоровье, поскольку уровни мощности обычно ниже 1 мВт, а длина волны находится в инфракрасном диапазоне, например, класс 1. Однако существуют некоторые важные исключения. Большинство одномодовых и многомодовых волоконных систем фактически используют инфракрасный свет, невидимый для человеческого глаза. В этом случае естественной реакции отвращения глаз не возникает. Особый случай представляют системы, работающие в диапазоне 670–1000 нм, где луч может казаться тускло-красным, даже если световой поток на самом деле очень интенсивный. Техники также могут использовать красные лазеры для поиска неисправностей в диапазоне примерно 628–670 нм. Они могут представлять значительную опасность при неправильном использовании, особенно если мощность лазера аномально высока. Такие видимые приборы для поиска неисправностей обычно классифицируются как класс 2 до 1 мВт и класс 2M до 10 мВт. В системах дальней связи используются оптические усилители высокой мощности. Они содержат внутренние накачные лазеры с мощностью до нескольких ватт, что представляет серьезную опасность. Однако эти уровни мощности локализованы внутри модуля усилителя. Любая система, использующая стандартные оптические коннекторы (то есть, не коннекторы с расширенным лучом), обычно не может превышать мощность 100 мВт, выше которой одномодовые коннекторы становятся ненадежными. Следовательно, если в системе используется одномодовый коннектор, расчетная мощность всегда будет ниже этого уровня, даже если другие параметры неизвестны. Дополнительным фактором является то, что свет в диапазоне длин волн около 1550 нм (распространенный для оптических усилителей) считается относительно безопасным, поскольку жидкости глаза поглощают свет до того, как он сфокусируется на сетчатке. Это снижает общий уровень риска таких систем. Оптические микроскопы и увеличительные приборы также создают уникальные проблемы безопасности. Если присутствует какая-либо оптическая мощность и для осмотра торца волокна используется простое увеличительное устройство, защита от расхождения луча теряется, поскольку весь луч может быть сфокусирован на глаз. Поэтому в таких ситуациях не следует использовать простые увеличительные устройства. Доступны микроскопы для проверки оптических коннекторов, оснащенные блокирующими фильтрами, что значительно повышает безопасность глаз. Новейшие модели также обеспечивают защиту от красных лазеров, используемых для поиска неисправностей.

Fibre optic laser safety is characterised by the fact that in normal operation the light beam is inaccessible, so something has to be unplugged or broken for it to become accessible. The resultant exit beam is quite divergent, so eye safety is highly dependent on distance, and if a magnifying device is used. In practice, accidental exposure to the large majority of installed systems is unlikely to have any health impact, since power levels are usually below 1 mW and the wavelength in the infra red, e. g. Class 1. However, there are a few significant exceptions. Most single mode/multi mode fiber systems actually use infra red light, invisible to the human eye. In this case, there is no eye aversion response. A special case is systems operating at 670–1000 nm, where the beam may appear to be a dull red, even if the light beam is actually very intense. Technicians may also use red lasers for fault finding at around 628–670 nm. These can create a significant hazard if viewed incorrectly, particularly if they are abnormally high power. Such visible fault finders are usually classified as Class 2 up to 1 mW, and Class 2M up to 10 mW. High power optical amplifiers are used in long distance systems. They use internal pump lasers with power levels up to a few watts, which is a major hazard. However, these power levels are contained within the amplifier module. Any system employing typical optical connectors (i. e. not expanded beam) cannot typically exceed about 100 mW, above which power level single mode connectors become unreliable, so if there is a single mode connector in the system, the design power level will always be below this level, even if no other details are known An additional factor with these systems is that light around the 1550 nm wavelength band (common for optical amplifiers) is regarded as relatively low risk, since the eye fluids absorb the light before it is focused on the retina. This tends to reduce the overall risk factor of such systems. Optical microscopes and magnifying devices also present unique safety challenges. If any optical power is present, and a simple magnifying device is used to examine the fiber end, then the user is no longer protected by beam divergence, since the entire beam may be imaged onto the eye. Therefore, simple magnifying devices should never be used in such situations. Optical connector inspection microscopes are available which incorporate blocking filters, thus greatly improving eye safety. The most recent such design also incorporates protection against red fault locating lasers.